高温胁迫对马铃薯幼苗生长和生理的影响及相关耐热基因分析

发布时间：2020-11-05 02:20

　　 马铃薯(Solanum tuberosum L.),属茄科多年生草本类块茎植物,喜冷凉温和气候,耐轻霜,不耐热,目前己成为世界第四大作物仅次于小麦、水稻和玉米,菜粮兼用。中国是马铃薯第一生产大国,在食品安全方面扮演着重要角色。近年来全球变暖加剧,高温胁迫成为抑制马铃薯生长发育、产量形成和品质的重要因素,当高温达一定程度时,产量大幅下降、造成巨大的经济损失。高温胁迫会直接打乱植物生理代谢,损害细胞结构,然而面对胁迫植物会启动自身的保护机制来减少受到的伤害。本研究以马铃薯品种'闽薯1号'为材料,从生理生化角度研究高温胁迫下马铃薯幼苗植株形态、抗氧化以及光合作用和相关叶绿素荧光参数的变化;对马铃薯生长调控因子(growth-regulating factors,GRFs)家族基因以及超氧化物歧化酶(SOD)家族基因,分别进行生物信息学分析,并进行高温下的基因表达分析。1、高温胁迫对马铃薯植株生理指标的影响对马铃薯株高、茎粗、叶片长度、宽度、叶片鲜重及干物质重进行测定后发现高温胁迫下马铃薯植株生长受到显著抑制,高温下植株高度及茎粗均小于对照,叶片生长短小,其鲜重及干物质重量降低;抗氧化指标,对超氧阴离子(O2-)、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H202)和脯氨酸(Pro)的含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等酶活性进行测定,其中SOD呈现先上升后下降的趋势,而POD与CAT先下降后上升;MDA、O2-、H2O2、Pro含量都出现持续上升的趋势,说明幼苗体内活性氧的积累,膜质氧化加剧可能是导致马铃薯高温伤害的重要原因之一;光合作用指标测定发现,高温下叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量均降低,蒸腾作用上升,净光合速率下降,气孔导度和胞间二氧化碳含量上升;叶绿素荧光参数显示,初始荧光F0上升,Fv/Fm即光能转换效率降低,NPQ、qN先上升后下降,qP无明显变化,ETR呈下降趋势,表明高温在一定程度上抑制了幼苗叶片的光合作用。2、马铃薯GRF转录因子生物信息学分析及其特异性表达分析从植物转录因子数据库(http://planttfdb.cbi.pku.edu.cn/)里获得了12个马铃薯GRF基因。其生物信息学分析结果表明,马铃薯GRF转录因子家族与番茄GRF转录因子家族密切相关,其次是拟南芥,水稻和马铃薯的关系较远。除了StGRF6只有一个内含子,其余均有两到三个内含子。马铃薯GRF基因的结构域都是高度保守的,且每个基因都具有QLQ和WRC结构域。利用RT-qPCR技术分析马铃薯GRF基因的表达情况,发现StGRF1与stGRF5高温下表达水平明显上调,StGRF2、StGRF3、StGRF7、StGRF8、StGRF10 在高温下 表达量下调,stGRF4、StGRF6、StGRF9表达几乎不受高温影响。3、马铃薯SOD基因生物信息学分析及其特异性表达分析通过 National Centre for Biotechnology(NCBI)获得 8 个马铃薯SOD基因,生物信息学分析结果表明,马铃薯SOD基因其蛋白质长度长短不一,稳定性较差且这些蛋白质都是亲水性蛋白;蛋白质序列的一致性只有34.68%,这8个马铃薯SOD基因在氨基酸数量和结构上存在较大的差异。进化树分析表明Fe-SOD1,Fe-SOD2,e-SOD3,Fe-SOD4与Mn-SO与的亲缘关系较近,而SOD1、Cu/Zn-SOD1和Cu/Zn-SOD2的亲缘关系较近。通过荧光定量RT-qPCR分析:SOD1在高温前期表达量上升,Fe-SOD1、Fe-SOD2、Fe-SOD3、Fe-SOD4高温下表达量均明显上升,而Cu/Zn-SOD1、Cu/Zn-SOD2、和Mn-SCD表达量无明显变化,其中Cu/Zn-SOD2在12 h时常温下表达量约为高温下2.22倍。
【学位单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S532
【部分图文】：

图２－２不同温度下叶片生长表型记录??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｌｅａｖｅｓ?ｇｒｏｗｎ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??

图２－１不同温度下马钤薯植株生长顶视图??Ｆｉｇｕｒｅ２－１?Ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｐｏｔａｔｏ?ｐｌａｎｔｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??

ｄ?时间（天数／ｄ）?ＩＩ?ｅ?时间（天数／ｄ）?ＩＩ?１?时间（天数／ｄ）??图２－４高温胁迫对马钤薯幼苗植株形态的影响??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｏｎ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｐｏｔａｔｏ?ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ??２．２．２高温胁迫对马铃薯叶片ＭＤＡ含量的影响??ＭＤＡ是植物细胞膜的膜质氧化产物。如图２－５，在３５°Ｃ和３９°Ｃ高温下，植??株的ＭＤＡ含量随着胁迫时间的延长而逐渐增长，表明植株叶片膜质氧化程度正??在逐渐增强，常温处理则无显著变化；同时３５°Ｃ与３９°Ｃ高温处理之间也具有显??著性差异，可以发现３９°Ｃ下幼苗的ＭＤＡ含量要显著高于３５°Ｃ。ＳＯＤ是清除氧??自由基缓解植物膜质过氧化的主力军，尽管ＳＯＤ活性大大提高如图２－６?（ａ），??ＭＤＡ含量依旧在持续增多。??□?２２°Ｃ０?３５°ＣＥ１３９°Ｃ??ｍ１〇－ｉ?ｂ??Ｊ?８＂?＾?Ａｉｌ?ｉｂ｜?ｎｉｌ??ａ?ｍ?＂?Ｉ?＿??ｉｌｌ??０?１?３?５?７?Ｉ???处理时间（天数／ｄ）???图２－５高温胁迫下ＭＤＡ含量的变化??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ＭＤＡ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ?ｕｎｄｅｒ?ｈｉｇｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｓｔｒｅｓｓ??２．２．３高温胁迫对马铃暮卩十片ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性的影响??植物在受到环境胁迫时，可以通过调节体内ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ等抗氧化酶??的活性来避免活性氧的积累
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李威;肖熙鸥;吕玲玲;;高温胁迫下茄子耐热性表现及耐热指标的筛选[J];热带作物学报;2015年06期

2 初敏;庄志群;王秀峰;王淑芬;杨凤娟;魏珉;史庆华;;不同耐热性萝卜幼苗对高温胁迫的生理响应[J];山东农业大学学报(自然科学版);2014年03期

3 张景云;赵晓东;万新建;熊德桃;胡新龙;缪南生;;小白菜耐热性鉴定及其耐热性分析[J];核农学报;2014年01期

4 马伟荣;童军茂;单春会;;超氧化物歧化酶(SOD)的特征及在植物抗逆性方面的研究进展[J];食品工业;2013年09期

5 吴雪霞;查丁石;朱宗文;许爽;;外源24-表油菜素内酯对高温胁迫下茄子幼苗生长和抗氧化系统的影响[J];植物生理学报;2013年09期

6 曾德静;王铖;刘军;尹丽娟;;高温胁迫对海州常山形态和生理特性的影响[J];东北林业大学学报;2013年03期

7 宋丽莉;赵华强;朱小倩;董根西;谢戎;;高温胁迫对水稻光合作用和叶绿素荧光特性的影响[J];安徽农业科学;2011年22期

8 金春燕;郭世荣;朱龙英;朱为民;;高温对番茄种子萌发及早期幼苗生长和抗氧化系统的影响[J];上海农业学报;2011年02期

9 张元;谢潮添;陈昌生;纪德华;周巍巍;;高温胁迫下坛紫菜叶状体的生理响应[J];水产学报;2011年03期

10 辛雅芬;石玉波;沈婷;茅慧莉;;4种植物抗热性比较研究[J];安徽农业科学;2011年08期

本文编号：2870975